Lataa tietoa...
Öljyn talteenotto tuotetusta vedestä blogikuva

Öljyn talteenotto tuotetusta vedestä

Jäännösöljyn haasteet

Lähes kaikki tuotettu vesi sisältää vaihtelevia määriä jäännösöljyä, riippuen säiliöstä ja toiminnan erityisparametreista. Tämä jäännösöljy aiheuttaa monia haasteita veden kierrätykselle ja uudelleenkäytölle myöhemmissä fräkkäysoperaatioissa.

Kierrätykseen ja uudelleenkäyttöön tarkoitettu tuotettu vesi on ensin kerättävä suuriin varastointitiloihin, kuten altaisiin, maanpäällisiin säiliöihin tai murtosäiliöihin, joissa veden mukana kulkeutuva öljy voi erottua luonnollisesti. Tällaisen varastoinnin lupaprosesseissa ei kuitenkaan yleensä oteta huomioon merkittäviä öljymääriä, joita prosessissa voi kerääntyä, mikä saattaa puolestaan johtaa sääntörikkomuksiin.

Toiseksi näiden varastojen kunnossapito - erityisesti öljyn ja lietteen poistaminen - on hyvin työlästä, aikaa vievää sekä kallista.

Kolmanneksi varastotiloihin kertyvä öljy vapauttaa syttyviä höyryjä, jotka muodostavat terveys-, turvallisuus- ja ympäristöriskejä. Joissakin tapauksissa nämä riskit voivat jopa edellyttää tuotantopaikan toiminnan keskeyttämistä, mikä ei varsinaisesti tue kassavirran kehitystä.

Neljänneksi, jos jäännösöljyä ei poisteta tuotetusta vedestä ajoissa, kierrätysprosessi saattaa vaatia lisäkäsittelyä riittävän laadun saavuttamiseksi, kuten esimerkiksi hapettimen liiallista käyttöä.

Öljyn talteenotto ennen vedenkäsittelyä

Kuten vanha sanonta kuuluu: "Kun elämä tarjoaa sinulle sitruunoita, tee niistä mehua". Samalla tapaa myöskään tuotetun veden öljyjäämät eivät ole pelkästään kielteinen asia. Itse asiassa kaupallisten suolavesikaivojen operaattorit pitävät "skim-öljyä" tärkeänä tulonlähteenä. Jos tuotettua vettä aiotaan kierrättää, jäännösöljyn poistaminen jo ennen varastointia ei ole pelkästään välttämätöntä, vaan myöskin taloudellisesti kannattavaa.

Tätä varten TETRAn insinöörit suunnittelivat ja kehittivät ORAPT-teknologian (Oil Recovery After Production Technology). Erottelujärjestelmä kerää ja poistaa tuotetusta vedestä alkuperäisen jäännösöljyn, ei-toivotut kevyet yhdisteet sekä öljyjäämät (jotka johtuvat suunnittelemattomista ohituksista) reaaliaikaisesti. Järjestelmä on suunniteltu tukemaan tehokasta vedenkäsittelyä ja säännösten mukaisten varastointivaatimusten noudattamista. Saadut öljyt ohjataan lähistöllä olevaan säiliöön, jolloin veden varastointi pysyy puhtaana.

TETRA ORAPT -yksikön kuva.
Liikuteltava, erillinen TETRA ORAPT -yksikkö, joka on asennettu asemapaikalle.

Mutterit, pultit ja numerot

ORAPT-järjestelmä toimii siten, että tuotetun veden putkilinjassa on leveä kohta, jossa painovoima saa öljyn erottumaan vedestä. Tuotetun veden virta ohjataan säiliön pääosaan, jossa sen nopeus laskee, mikä mahdollistaa sen, että suspendoitunut öljy pääsee kellumaan pinnalle. Kun virtaus saavuttaa säiliön vastakkaisen päädyn, sarja padotuksia sallii veden pumppaamisen pois vedenhallintajärjestelmään samalla, kun öljy ohjataan erilliseen säiliöön.

Kuinka tehokas ORAPT on? Absoluuttisen tehokkuuden mittaaminen on hyvin vaikeaa, koska tuotetun veden koostumus vaihtelee suuresti eri esiintymien välillä, ja myös eri työtehtävien vaatimukset voivat olla erilaisia. Näin ollen, kun järjestelmää käytetään sen suunnitteluparametrien mukaisesti, teknologia tarjoaa yleensä noin 90 prosentin tehokkuuden, ja jäljelle jää vain pieniä määriä öljyä (50-100 ppm). Järjestelmän nimellinen läpivirtaus on jopa 28 000 tynnyriä nestettä päivässä.

Järjestelmän ominaisuuksia ovat muun muassa:

  • automaattinen toiminta;
  • Itsenäinen vesi- ja öljypumppukelkka, joka helpottaa käyttöönottoa;
  • itsenäiset tyhjennyspumput kemikaalien ruiskuttamiseen;
  • automaattinen säiliötason hallinta, trendit ja hälytykset;
  • ja automaattinen hätäpysäytys ja -katkaisu ovat käytettävissä operatiivisten vaatimusten mukaisesti.

Tapaustutkimus

Etelä-Texasissa TETRA ORAPT otettiin käyttöön Eagle Ford Shale Play -alueella yhdessä TETRA SwiftWater Automated Treatment (SWAT) -järjestelmän kanssa sen jälkeen, kun merkittävä toimija otti TETRAan yhteyttä etsiessään keinoa kierrättää suuria määriä tuotettua vettä ja flowbackia (takaisinvirtausta) epätavanomaiselta laitosalueelta. Tuolloin työmaan jäteveden hävittäminen vaati 50 kuorma-auton päivittäistä kuormaa, jotka kulkivat edestakaisin tälle syrjäiselle työmaalle. Toiminnanharjoittajalle näin suurten jätevesimäärien hävittäminen ei ollut houkutteleva ratkaisu pitkällä aikavälillä ympäristön ja talouden näkökulmasta.

Yksi työn haasteista oli Texas Railroad Commissionin (TRRC) asettamien korkeiden vedenlaatuvaatimusten saavuttaminen. Kyseinen komissio sääntelee osavaltion öljy- ja kaasuteollisuutta.

Neljän kuukauden käytön jälkeen SWAT-järjestelmä oli kierrättänyt 221 360 tynnyriä vettä, saavuttaen TRRC:n standardit, ja ORAPT-järjestelmä oli kerännyt talteen noin 700 tynnyriä öljyä. Lisäksi operaatio vähensi jätehuoltokuormaa 50 päivittäisestä kuorma-autosta  vain yhteen ainoaan kuormalliseen.

Toiminnanharjoittaja on ollut erittäin tyytyväinen saavutettuihin tuloksiin ja aikookin jatkaa kierrätys- ja öljyn talteenottotoimintaa vähintäänkin vuoden ajan, ja myös myöhempiä mahdollisia projekteja on jo suunnitteilla.

Uusi toimintakutsu

Öljy- ja kaasutoiminnan vesiongelmien ratkaiseminen

Yksi öljy- ja kaasuteollisuuden suurimmista haasteista on vedenhallinta, erityisesti epäkonventionaalisissa tuotantomenetelmissä. Hydraulinen murtaminen vaatii runsaan määrän puhdasta vettä, ja jokaista öljyekvivalenttitynnyriä kohden syntyy tyypillisesti neljästä kymmeneen tynnyriä tuotettua vettä. Tämä tuotettu vesi on peräisin itse säiliöstä, ja se on niin suolapitoista, ettei sitä voida käyttää uudelleen murtamisessa. Ironista kyllä, tätä ylijäämävesiongelmaa pahentaa entisestään veden niukkuus alueilla, kuten Permian altaalla – ja laajemminkin koko Yhdysvaltojen länsiosassa. Vesipulaa pidetäänkin nykyään maailmanlaajuisena ongelmana, ja vesi nähdään yhä useammin hyödykkeenä.

Kierrätys, ESG ja seismisyys

Tämä haasteen ratkaisemiseksi merkittävin innovaatio on tuotetun veden ja palautusveden kierrättäminen sekä sen huolellinen käsittely ja sekoittaminen siten, että se soveltuu optimaalisesti murto-operaatioihin. Kierrätys on järkevä valinta paitsi siksi, että ESG-näkökohdista (ympäristö, sosiaalinen vastuu ja hyvä hallintotapa) on tullut keskeinen prioriteetti kaikilla toimialoilla, myös siksi, että kierrätys on nykyään taloudellisesti kannattavampaa kuin veden hävittäminen. Kierrätys vähentää makean veden käyttöä, vähentää maantieliikennettä, joka liittyy veden kuljetukseen ja jäteveden poisvientiin, sekä lähestulkoon poistaa tarpeen hävittää jätevesi suolavesikaivoihin (SWD-kaivoihin).

Useat eri tekijät vaikuttavat siihen, että tuotetun veden hävittäminen on vähemmän ja vähemmän houkuttelevaa: veden niukkuus, ympäristökysymykset, miljoonien litrojen veden kuljetuksen kustannukset ja logistiikka sekä kasvava huoli jäteveden injektioinnin aiheuttamasta seismisestä aktiivisuudesta SWD-kaivoissa.

Seismisyys on luonnollisesti huolestuttanut Mid-Continent-alueen sääntelyviranomaisia jo useiden vuosien ajan. Nyt tämä ongelma on lisääntymässä voimakkaasti Permian alueella, joka kattaa 60 % Yhdysvaltojen tuotetun veden määrästä.[*] Viime vuoden lopulla sekä Texasin rautatievirasto (RRC) että New Mexicon öljynvalvontavirasto (OCD) ilmoittivat suhtautuvansa asiaan hyvin vakavasti. New Mexico päivitti sääntelykehyksensä, ja Texas perusti kaksi seismistä reagointialuetta (SRA), joiden tarkoituksena on rajoittaa injektointikapasiteettia ja lupien myöntämistä Midlandin, Ectorin, Martinin, Culbersonin ja Reevesin piirikunnissa. Nämä toimet kannustavat todennäköisesti useampia toimijoita siirtymään veden kierrätykseen.

Vedenhallintaan liittyvät tekijät

TETRA on edelläkävijä öljyn- ja kaasuntuotannon sekä  viimeistelyn vedenhallinnassa tarjoten monipuolisia ratkaisuja aina puhtaan veden hankinnasta tuotetun veden ja palautusveden käsittelyyn ja kierrätykseen sekä suodatukseen, varastointiin, sekoittamiseen, jakeluun ja siirtoon. Yhtiö hyödyntää vuosikymmenten ydinosaamista kemikaaleissa, kemiassa ja edistyneessä tutkimus- ja kehitystyössä kehittääkseen vedenkäsittelymenetelmiä, jotka ovat yhteensopivia muodostuman kanssa. Tämä on ehdottoman tärkeää onnistuneen stimulaation ja kaivon eliniän kannalta.

Useimmissa toiminnoissa tuotetun veden kierrätyksen suurimmat haasteet ovat suolapitoisuus, suuret määrät ja siirto. Tuotettu vesi sisältää paljon suoloja ja muita mineraaleja, joten se on käsiteltävä erityisellä tavalla, jotta se soveltuu käytettäväksi murtoporauksessa. Käsittelyohjelman on myös pystyttävä käsittelemään suuria nestemääriä, jotta se ei muodostuisi pullonkaulaksi ja estäisi kaivon tuotantoa. Esimerkiksi SwiftWater Automated Treatment (SWAT) -järjestelmämme mahdollistaa yli 100 000 tynnyrin tuotetun veden kierrätyksen päivässä käyttämällä ainutlaatuisia tekniikoita ja prosesseja, jotka tekevät vedestä optimaalisen frac -käyttöön.  

Veden siirto on toinen haaste, joka todella tuo esiin suunnittelun ja hyvän vedenhallintaohjelman kokonaisvaltaisuuden merkityksen. TETRAlla on resursseja tarjota alan ainoaa kaksoisvaipalla varustettua ja nopeasti käyttöönotettavaa lay-flat-letkua, mutta myös koordinoida vedensiirron saatavuutta ja jakelua. TETRA voi auttaa toiminnanharjoittajia tunnistamaan ja yhdistämään strategisesti parhaiten sijoitetut vesilähteet ja liittymään niihin, mikä tekee toiminnasta tehokkaampaa, taloudellisempaa ja ympäristöystävällisempää.

Optimaalinen suunnittelu

Vedenhallintaratkaisun suunnittelussa paras lähestymistapa on kokonaisvaltainen ja kattava. Sen sijaan, että hankittaisiin yksi komponentti yritykseltä X ja toinen yritykseltä Z, kumppanuus yhden yrityksen, kuten TETRAn, kanssa varmistaa, että kaikki teknologiat ovat yhteensopivia ja että kokonaisratkaisun suorituskyky on tehokkaampi, luotettavampi ja taloudellisempi.

Toinen toimintoja tehostava ominaisuus on automaatio. Sen lisääminen pumppauksen, käsittelyn, varastoinnin, siirron ja sekoittamisen etävalvontaan ja -ohjaukseen parantaa huomattavasti tehokkuutta ja taloudellisuutta sekä lisää näkyvyyttä ja läpinäkyvyyttä koko vesihuoltotoiminnassa. Automaatio vähentää paikan päällä tarvittavan henkilöstön määrää sekä heidän kulkureittejään ajoneuvoilla paikalle ja takaisin. Automaatioratkaisumme — BlueLinx automaattiohjausjärjestelmää — voi myös soveltaa algoritmeja moottoripumppujen hyötysuhteen optimoimiseksi polttoaineen kulutuksen ja päästöjen vähentämiseksi. Automaatio vähentää myös inhimillisiin virheisiin ja siihen liittyviä riskejä, koska työmaalla on vähemmän työntekijöitä.

Markkinat ja pitkän aikavälin visio

Koska fossiilisten polttoaineiden kysyntä jatkuu ja jopa kasvaa, vedenhallinnalla on vankka tulevaisuus. Stimulaatiotekniikoiden kehittyessä ja tuottaessa yhä enemmän hiilivetyjä, myös vesimäärät kasvavat. Tällä hetkellä Yhdysvaltojen vedenhallintamarkkinoiden arvo on 12 miljardia dollaria, ja ne kasvavat nopeasti - odotettu vuotuinen kasvuvauhti (CAGR) on 10 prosenttia vuoteen 2028 saakka. Tänä vuonna kierrätetty tuotettu vesi kattaa 40-42 % fräkkäysveden kysynnästä, kun vuonna 2021 sama luku oli 39 %, ja vuonna 2024 sen ennustetaan olevan jo 45 %.

Lopulta tavoitteenamme on pystyä käsittelemään tuotettua vettä niin, että sitä voidaan käyttää muissa teollisissa sovelluksissa, maataloudessa ja karjan ruokinnassa. Toinen tavoite on hyödyllisten mineraalien laajamittainen talteenotto ja kaupallistaminen. Vesikemiassa vankka ydinosaamisemme sekä mineraalien erottelun ja niistä valmistettujen tuotteiden valmistuksen asiantuntemus tekevät TETRAsta ihanteellisen yrityksen näiden realististen ja saavutettavissa olevien tavoitteiden toteuttamiseen. Emme siis rakentele pelkkiä pilvilinnoja. Vanha klisee pitääkin paikkansa: keksintö on keksintöjen äiti. Vesi on elinehto, ja sitä tulisi pitää arvokkaana hyödykkeenä – ei niinkään raaka-ainepörssissä vaihdettavana, mutta silti meille korvaamattomana varana elämämme ylläpitämiseksi.

[*] Kaikki toimialan tunnusluvut ovat peräisin Rystad Energyltä.

Uusi toimintakutsu

 

Fräkkäysveden turvaaminen TETRAn vesivaraston hallinnan avulla

Vedenkäsittely: (Hyvin) varhaiset vuodet

Hydraulisen murtamisen myötä suurten vesimäärien varastointi, käsittely ja ylläpito ovat vähitellen kehittyneet merkittäväksi osaksi työmaan toimintaa. Fräkkäysvesi varastoidaan tyypillisesti joko maanpäällisissä säiliöissä tai yleisemmin vuoratuissa maanalaisissa altaissa (tai vesikaivoissa). Suurten vesimäärien varastointiin liittyy kuitenkin omat haasteensa.

Muinaiset sivilisaatiot ymmärsivät jo vuosisatoja sitten, että pitkäaikaisesti varastoituna vesi muuttuu ihmiskäyttöön sopimattomaksi, vaikka he eivät tienneetkään mitään veden välittämistä taudinaiheuttajista. Itse asiassa viini on todennäköisesti ihmisten ensimmäinen kehittämä vedenkäsittelykeino. Välimeren alueen muinaisissa sivilisaatioissa juomavettä usein laimennettiin viinillä, koska sen alkoholipitoisuus (hieman yli nykyviinien 10–14 %) oli lähes täsmälleen siinä kohdassa, joka tuhoaa bakteereja ja tekee vedestä turvallista juoda.

Bakteerit: Eivät ainoastaan juomaveden ongelma

Kuten juomavesi, myös murtovesi on käsiteltävä asianmukaisesti bakteerien kasvun estämiseksi. Koska bakteerit pystyvät lisääntymään nopeasti, ne vähentävät vedessä olevia sulfaatteja, jolloin syntyy vaarallista rikkivetykaasua (H2S) ja rautasulfidia. Jälkimmäiset voivat vahingoittaa vakavasti säiliön huokoisuutta ja siten vähentää tuotantoa, jos ne pumpataan kaivoon.

Vesivarastojen hallinnan välttämättömyys

Bakteerikasvun mahdollisuudesta huolimatta murtoveden varastointialtaiden asianmukainen hoito on usein aliarvostettu osa toimintaa. Todellisuudessa altaan asianmukainen hoito on järkevä ennaltaehkäisevä toimenpide, joka vaatii vain vähän investointeja ja johon kuuluu yleensä veden käsittely biosidilla, ilmaus ja kemikaali kiintoaine erottumisen edistämiseksi. Altaan hoidon laiminlyönti johtaa väistämättä kalliimpaan kunnostukseen myöhemmin.

TETRAn vesivarastojen hallintaa koskevat ohjeet

Vedenkäsittely

Ensimmäinen vaihe altaan hoidossa on veden käsittely, joka alkaa liuenneen hapen (DO), hapettumis-pelkistyspotentiaalin (ORP) ja adenosiinitrifosfaatin (ATP), orgaanisen yhdisteen, joka ruokkii elävien solujen, kuten bakteerien, kasvua, määrittämisellä. Tämän jälkeen käytetään natriumhypokloriittia (valkaisuaine), jonka määrä on tyypillisesti 12,5 tilavuusprosenttia, mutta joka vaihtelee ATP:n tason mukaan. Seuraavaksi pitkäaikainen käsittely dimetyylidialkyyliammoniumkloridilla (DDAC) lisää desinfiointia ja kiintoaineen erottelua. Jokaiseen käsittelyyn olisi myös liitettävä ilmaus, jotta vesi ja kemialliset lisäaineet sekoittuvat perusteellisesti. Jos altaassa ei ole ilmausjärjestelmää, vettä voidaan "pyörittää" siirtopumpun avulla.

Viikoittainen huolto

Teknikon on kirjattava joka viikko altaan vedenpinnan taso, lämpötila ja ulkonäkö sekä otettava näytteitä neljästä yhtä kaukana olevasta pisteestä altaan ympärysmitalla. Yleisiä ulkonäön kuvaajia ovat kirkas, maitomaisen valkoinen, läpinäkymättömän valkoinen, sävytetty vihreä, sävytetty ruskea ja musta. Viikoittaiseen päiväkirjaan olisi myös merkittävä, onko allas ilmattu (tai "pyöritetty") näytteenottohetkellä tai sen läheisyydessä.

Viikoittainen lammen huolto

Vesinäytteiden analysointi

Vesinäytteet tulisi analysoida viikoittain liuenneen hapen (DO) ja oksidointireduktointipotentiaalin (ORP) tasojen määrittämiseksi. Jos ORP laskee alle 50 millivolttiin, näytteen ATP-pitoisuus tulee analysoida tarkemmin. Muussa tapauksessa ATP-näytteet voidaan kerätä kahden viikon välein viikon sijaan. Jos ATP-pitoisuus ylittää 10 000 pikogrammaa millilitrassa, veden laadun ylläpitämiseksi tulee käyttää 30 ppm:n annosta 80 % aktiivista DDAC:ia.

Altaan ilmaus

Tehokkain tapa suuren altaan ilmaamiseen on käyttää maanalaista ilmausjärjestelmää, jossa hajakuormitettua ilmaa johdetaan suoraan veteen. Toisin kuin pintailmaajat ja suihkulähteet, pinnanalainen ilmastointi luo eniten ilmakosketusta, kiertoa ja sekoittumista, ja aiheuttaa myöskin vähiten haihtumista. Kuten edellä todettiin, jos altaassa ei ole ilmausjärjestelmää, altaan "pyörittämiseen" voidaan käyttää siirtopumppua, mutta tämä ei ole kuitenkaan ihanteellista.

Ilmaaaminen suoritetaan yleensä kerran tai kahdesti 24 tunnin välein veden lämpötilan ja paikallisten sääolosuhteiden mukaan. Lämpimässä ilmastossa ilmausjärjestelmää voi olla tarpeen käyttää jatkuvasti, mutta tällöin on noudatettava varovaisuutta, koska liiallinen ilmamäärä voi aiheuttaa altaan samentumista. TETRA suosittelee, että bakteerikasvun estämiseksi DO-taso on vähintään 2-4 ppm; korkeampi taso on parempi, jos se voidaan säilyttää.

Uusi toimintakutsu